5. Программируемые логические контроллеры

Применение с конца 60-х годов XX века миниЭВМ, а потом микроЭБМ в качестве логического блока систем циклового управления привело к созданию систем на базе программируем логических контроллеров (ПЛК — цифровых электронных устройств автоматизации (ЭВМ), в которые входят:

• блок связи с технологическим оборудованием (УСО);

• память для хранения программ, реализующих функции управления технологическим оборудованием;

• процессор для выполнения команд программ;

• устройство ввода программ в память.

Современные программируемые логические контроллеры (ло­гические микроконтроллеры — ломиконты, регулирующие мик­роконтроллеры — ремиконты) строятся на базе микропроцессо­ров и представляют собой специализированную микроЭВМ, У которой основными внешними устройствами ввода данных являются конечные выключатели и датчики состояния оборудова­ния, а основными внешними устройствами вывода данных — реле и муфты.

В постоянной памяти (ПЗУ) хранится системная программа-монитор (упрощенный вариант ОС), предназначенная для при­ема с одного из внешних устройств (клавиатуры, магнитного дис­ка, сети) управляющей программы и обслуживания обмена дан­ными с такими устройствами ввода, как датчики, выключатели и т.д., и такими устройствами вывода, как экран дисплея, сиг­нализирующие табло, усилители, реле, муфты. Кроме того, в ПЗУ может быть прошита исполняющая программа — интерпретатор команд управляющей программы на одном из языков програм­мирования логических контроллеров. Эти компоненты програм­много обеспечения контроллера стабильны, неизменны по вре­мени, поэтому разумно сделать их неотъемлемым дополнением электронной части контроллера.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используется для временного запоминания управляющей программы и данных, нужных для ее работы, сохранения данных от датчиков и выклю­чателей, ведения протокола работы системы.

Контроллер снабжен мощным модулем устройства ввода-вы­вода (УСО), позволяющим обмениваться данными в стандарти­зованной форме с десятками датчиков и исполнительных устройств. Программируемый контроллер имеет свои часы (таймер), позво­ляющие выполнять управление не только по сигналам от датчи­ков типа выключателей, но и по времени. Вычислительная мощь современных микропроцессоров делает возможным создание микроконтроллеров с функцией ПИД-регулятора и выполнять сложное управление с обратными связями.

Широкое распространение программируемых логических кон­троллеров привело к их унификации и стандартизации средств программирования (международный стандарт IEC 1131).

Рассмотрим их на примере следующей задачи. Пусть условием срабатывания реле Q является срабатывание реле А или С или несрабатывание реле В, причем одновременно по цепи обмотки реле D должен течь ток, а реле Е должно быть обесточено.

При программировании контроллеров в настоящее время ис­пользуют несколько языков программирования:

• графические языки для данного примера в обозначениях ло­гических элементов приведены на рис. 3.62, а, в обозначениях релейно-контактных схем — на рис. 3.62, б, на рис. 3.62, в показан вид схемы при программировании ПЛК на ЭВМ;

• языки, подобные языкам программирования обычных ЭВМ: для программирования быстрых фрагментов используется язык

низкого уровня типа ASSEMBLER, на котором программа для рассматриваемого примера имеет следующий вид:

Рис. 3.62. Программирование логических контроллеров

LD А загрузить в сумматор состояние переключателя А

ORN В добавить по ИЛИ значение НЕ-В

OR С добавить по ИЛИ значение С

AND D добавить по И значение D

ANDN Е добавить по И значение НЕ-Е;

для программирования сложных алгоритмов управления исполь­зуется язык высокого уровня типа PASCAL, программа на кото­ром выглядит так:

Q := (A OR NOT В OR С) AND D AND NOT E.

Алгоритмические языки позволяют создавать сложные програм­мы, включающие в себя условные и безусловные переходы, цик­лы и даже возможность распараллеливания программы на две вет­ви, каждая из которых выполняется независимо, и в точке слия­ния ветвей предусмотрен механизм синхронизации — опередив­шая ветвь ждет отставшую (если время ожидания превышает до­пустимое, программа завершается аварийно).

Как правило, сами контроллеры в целях снижения стоимости не имеют аппаратных и программных средств создания и отлад­ки управляющих программ. Это делается на специальных интел­лектуальных контроллерах (кросс-системах) — мощных ЭВМ, ос­нащенных большой памятью и соответствующим программным обеспечением, моделирующих работу контроллера, обмен с дат-

чиками и исполнительными устройствами и т.д. Вспомогатель­ное программное обеспечение позволяет быстро находить ошиб­ки в программе, детально исследовать ее работу и провести каче­ственное тестирование. После этого управляющая программа пе­реводится в язык команд конкретного контроллера и может быть в него загружена и выполнена.

Системы управления на основе программируемых контролле­ров обладают высокой гибкостью и мобильностью, переход к об­работке другой детали сводится к переустановке путевых упоров и копиров и вводу в память новой программы.

Использование программируемого контроллера значительно проще и дешевле, чем монтаж панели с реле. В состав ПО кон­троллера можно включить программы-тесты для автоматического контроля и диагностики неисправностей оборудования.

Контроллер по габаритным размерам значительно меньше стан­дартного релейного устройства управления. Контроллеры на инте­гральных микросхемах потребляют мало электроэнергии и выде­ляют мало тепла, поэтому их помещают в герметичный металличе­ский корпус, защищающий от вредного воздействия среды и эк­ранирующий от электромагнитных помех.

Если требуется обеспечить сложное управление многими устройствами, то вместо ПЛК используют ЭВМ с УСО и много­задачной ОС, в которой параллельно выполняется несколько за­дач, ответственных за отдельные участки оборудования.

Если не предполагается смена управляющей программы, то она помещается в ПЗУ вместе с интерпретатором (например, в быто­вой технике: печах СВЧ, стиральных машинах и т.д.).

Так как современный программируемый логический контрол­лер представляет собой мощную специализированную ЭВМ, со­единенную по сети с другими средствами цифровой и вычисли­тельной техники, он является идеальным средством автоматиза­ции в условиях перехода к гибким производственным системам.